NiTi形状记忆合金因其特有的形状记忆效应、超弹性效应及优良的耐腐蚀及生物相容性,广泛被应用于生物医疗、工业工程、航空航天等领域。由于NiTi形状记忆合金在服役过程中会受到热-力耦合循环载荷作用,疲劳失效是一个亟待解决的关键问题。然而,现有的疲劳研究主要针对超弹性NiTi合金。对于形状记忆NiTi合金,由于受限于温度控制装置等实验条件的不完备,现有的研究主要针对不考虑精确温度变化速率的双程形状记忆效应,很少涉及到机械加载-机械卸载-升温-降温过程的单程形状记忆效应循环变形行为和相关疲劳失效行为。因此,在系统实验研究的基础上,建立考虑单程形状记忆效应循环退化现象的热-力耦合疲劳失效模型是一个亟待研究的关键科学问题。为此,本文针对形状记忆NiTi合金微管材料,首先在不同应力水平、应力率和应力加载路径下开展了系统的热-机耦合疲劳失效行为实验研究,然后在此基础上建立了相关的疲劳寿命预测模型,主要工作包括:（1）基于电流加热方法,设计出一种可以快速升降温、并在一定范围内较为准确地控制变温速率的实验装置。该装置采用Lab VIEW软件进行串口控制与数据采集,利用电源及降温组件进行变温控制;经过测试,该装置可以达到很好的温控效果。通过与力学实验设备结合,组成了形状记忆NiTi合金微管的热-力耦合循环加载实验装置。（2）以形状记忆NiTi合金微管为研究对象,通过自主设计的热-力耦合实验装置,进行了不同应力水平、应力率以及加载路径下的单程形状记忆疲劳失效实验,分析了应力水平、应力率及加载路径对单程形状记忆循环退化效应的影响,揭示了NiTi合金的单程形状记忆循环退化机理。同时,对不同应力水平、应力率以及加载路径下NiTi合金的疲劳寿命进行分析,揭示了应力水平及应力率对疲劳寿命的影响;通过对比单轴与非比例多轴加载条件下疲劳寿命的差异,总结了不同加载条件下的损伤演化规律,为形状记忆NiTi合金疲劳失效模型的建立提供了依据。（3）基于形状记忆NiTi合金损伤演化规律的分析,以耗散能为损伤变量,建立了考虑机械损伤与热损伤的单轴损伤演化模型,对不同应力率及应力水平下的损伤演化进行合理预测;同时,结合给定的失效判据,建立了基于损伤演化的疲劳寿命预测模型,准确预测了单轴加载下形状记忆NiTi合金微管的疲劳寿命。（4）通过考虑多轴加载路径对马氏体重定向过程的影响,将单轴损伤演化模型推广到多轴形式,建立了多轴损伤演化规律;同时,提出了基于损伤演化的多轴疲劳寿命预测模型,预测结果均在2倍误差带以内,绝大部分在1.5倍误差带内,体现了良好的预测能力,为NiTi合金器件的工程应用提供了理论基础。